Análise de Qualidade de Serviço(QoS)da rede sem fio da UniEvangélica
Resumo
A tecnologia para redes sem fio tem sido amplamente utilizada por instituições, Universidades e principalmente empresas, com a finalidade de economia em infra-estrutura de cabeamento, além de prover interligação, maior mobilidade e flexibilidade. Este projeto procurará descrever a forma como foi implementada a rede sem fios da UniEvangélica e o objetivo é observar a QoS da dita rede. Escolheu-se estudar os padrões IEEE 802.11 (Wireless Local Area Networks – WLANs) com o intuito de introduzir suporte a Qualidade de Serviço (QoS), de forma que as WLANs possam atender as necessidades reais dos usuários, também objetiva-se verificar os problemas, como velocidade real e empecilhos na transmissão, potência do sinal, para propor uma melhoria. Para alcançar tal objetivo, foram usados referências como livros, documentos eletrônicos, publicações periódicas e análises de estudos práticos.
Palavras-Chave: Rede Sem Fio; Qualidade de Serviço (QoS); Tecnologia Wireless.
INTRODUÇÃO
Com o aumento no número de usuários que acessam a Internet na UniEvangélica, viu-se a necessidade desses usuários de obter serviços funcionais e de alta qualidade, associados a um sistema de acesso com elevada disponibilidade, onde são empregadas técnicas de transmissão digitais, através de “pacotes” de dados.
A principal contribuição das redes sem fio na forma de comunicação de dados nas redes de computadores é a facilidade de mobilidade de dispositivo e flexibilidade de conexões, permitindo que os dispositivos sem fio possam se locomover dentro da área de abrangência da rede sem se desconectar dela e garantindo o acesso às informações em tempo real melhorando a produtividade e tornando as tomadas de decisões mais rápidas e eficientes.[15]
Para possibilitar um melhor o acesso a dados através de uma rede Móvel ou cabeada, existe a Qualidade de Serviço (Quality of Service – QoS), que visa atender as necessidades de gerenciamento dos serviços que rodam em uma rede. Esse estudo propõe o apresentar mais informações sobre este assunto.
Aqui, se apresentarão breves conceitos sobre as redes sem fio, características sobre estas redes e os protocolos de comunicação utilizados no ambiente sem fio da UniEvnagélica,
1 OBJETIVOS
1.1 Objetivo geral
Este estudo tem por objetivo geral avaliar a Qualidade de Serviço e o desempenho da rede sem fio dentro do padrão da IEE 802 da UniEvangélica, visando melhorar e maximizar o uso da internet dentro da instituição através de propostas de melhoria dessa rede, visto que dentro da literatura especializada, existem técnicas e formas de melhor avaliar essa tecnologia.
1.2 Objetivos específicos
1 Realizar o levantamento teórico bibliográfico sobre as técnicas de
QoS aplicadas às redes sem fio visando fazer uma comparação com a rede da UniEvangélica.
2 Avaliar a QoS na rede sem fio da UniEvangelica através da taxa de Transmissão, Vazão, Retardo;Variação do retardo (jitter); Taxa de erro de bits e Taxas de erros ou de perdas de pacotes.
3 Emitir um parecer e propor uma implantação de QoS na rede.
3 JUSTIFICATIVA
A diferenciação de serviços é uma questão amplamente estudada em cenários de redes fixas, no entanto em redes sem fio esta temática ainda é um desafio.
No intuito de responder estas perguntas este projeto propõe estudar a rede sem fio e analisar o nível de QoS nas redes sem fio da UniEvangélica, e as soluções teóricas para possíveis problemas, visto que há um constante crescimento dos sistemas wireless, que têm como vantagens sua fácil instalação, por não necessitar de cabos, e grande mobilidade de seus usuários que podem fazer uso da rede em qualquer área dentro coberta pela WLAN.
O desenvolvimento deste projeto de pesquisa é baseado na avaliação de diferenciação de serviços que se faz necessário devido ao grande crescimento da Internet e ao surgimento de novas aplicações como videoconferência, transmissão de TV e rádio, educação à distância, vídeo em tempo real, TV interativa, entre outras que exigem redes de alta velocidade e que demandam uma transmissão de dados sem interrupção ou perda de pacotes, baixo retardo, baixa variação de atraso e largura de banda expressiva. Assim, observou-se a necessidade de analisar a infra-estrutura física e lógica das redes de computadores da UniEvangélica, para elaboração de propostas de melhoria na QoS e também para atualização das normas e regulamentos de rede.
4 REFERENCIAL TEÓRICO
4.1 Rede de Computadores
Redes de computadores são estruturas físicas (equipamentos) e lógicas (programas, protocolos) que permitem que dois ou mais computadores possam compartilhar suas informações entre si. Quando um computador está conectado a uma rede de computadores, pode ter acesso às informações que chegam a ele e às informações presentes nos outros computadores ligados na mesma rede, o que permite um número muito maior de informações possíveis para acesso através daquele computador. [2]
Para conectar os computadores em uma rede, é necessário, além da estrutura física de conexão (como cabos, fios, antenas, linhas telefônicas, etc.), que cada computador possua o equipamento correto que o fará se conectar ao meio de transmissão. [2]
As redes de computadores podem ser classificadas como:
• LAN (Rede Local): Uma rede que liga computadores próximos e podem ser ligados por cabos apropriados (chamados cabos de rede).
• WAN (Rede Extensa): Redes que se estendem além das proximidades físicas dos computadores.
4.2 Tecnologias sem fio
As tecnologias móveis sem fio para banda larga podem ser classificadas como satélite, rede local sem fio Wireless Local Area Network (WLAN), fixa sem fio, móvel sem fio e tecnologias óticas no espaço livre. [6]
Os tipos de implementação de WLANs variam de acordo com as técnicas de transmissão utilizadas. Os produtos disponíveis no mercado encaixam-se num dos seguintes tipos: LAN infravermelho, LAN com espalhamento de espectro e LAN com microonda de faixa estreita. Em geral, as WLANs usam bandas não licenciadas do espectro, as chamadas bandas ISM, sendo que a maioria das redes WLAN utiliza a tecnologia de espectro distribuído, sua largura de banda atualmente esta entre 11 Mbps (802.11b) e 600 Mbps (802.11a/g), e esta banda é compartilhada entre os dispositivos que pertencem ao respectivo espectro.[1]
Segundo Santos (2003), uma rede local sem fio WLAN converte pacotes de dados em onda de rádio ou infravermelho e os envia para outros dispositivos sem fio ou para um ponto de acesso que funciona como uma estação central de uma arquitetura.
Em redes de computadores sem fio, o padrão quase universalmente aceito é o IEEE 802, por essa razão é o que será mais abordado no projeto.
4.3 Padrões IEEE 802
O IEEE definiu uma hierarquia de padrões complementares para redes sem fio. Essa padronização inclui o IEEE 802.15 para as redes pessoais (Personal Area Network – PAN), IEEE 802.11 para as redes locais (Local Area Network – LAN), 802.16 para as redes metropolitanas (Metropolitan Area Network) e o IEEE 802.20 para as redes geograficamente distribuídas (Wide Area Network – WAN). Cada padrão representa a tecnologia otimizada para mercados e modelos de uso distintos, sendo projetado para complementar os demais.[6]
Aqui serão explanados, os padrões IEEE 802.11 e 802.16, por serem os adotados na UniEvangélica.
A) Padrão IEEE 802.11
Segundo Silva; Souza (2003), o padrão IEEE 802.11 é um padrão para as redes locais sem fio em todos seus aspectos incluindo mecanismos de controle de acesso, confidencialidade e integridade e o mesmo, define três fases pelas quais qualquer cliente deve passar com sucesso, antes de obter acesso a rede sem fio, a fase de sondagem, autenticação e associação.
O provedor do serviço pode ser tanto uma estação quanto o sistema de distribuição e quando se refere à estação, se incluem os pontos de acesso também. Os serviços de distribuição são providos entre BSSs (grupo de serviços básicos), os quais podem ser implementados no AP ou em outro dispositivo de propósito especial anexado ao sistema de distribuição [12]
B) Padrão IEEE 802.11b
Conhecido também como Wi-Fi, representa a segunda geração dos padrões de redes wireless. Surgiu em 1999 com a velocidade de 11Mbps, o alcance do sinal varia entre 15 e 100 metros, dependendo dos obstáculos entre o ponto de acesso e as estações. O 802.11b utiliza a freqüência de 2.4GHz, a mesma utilizada por outros padrões de redes sem fio e microondas.[4]
Ainda segundo Garcia (2008), este padrão também define protocolos para dois tipos de redes: redes Ad Hoc e redes com infra-estrutura (Cliente/Servidor)
O dito padrão utiliza uma tecnologia de modulação DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) e é especificado para operar em 2,4 GHz, a mesma utilizada por outros padrões de rede sem fio e pelas microondas, todos potenciais causadores de interferência. [7]
C) IEEE 802.11g
O IEEE 802.11g prevê a especificação do MAC (Médium Access Control) e da camada física (PHY). A camada física será uma extensão do IEEE 802.11b com uma taxa de transmissão de 54-Mbps usando a modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). A especificação IEEE 802.11g é compatível com a especificação IEEE 802.11b. [20]
Usando um protocolo estendido, o 802.11g permite o uso misto da rede. Esta característica de uso misto permite que equipamentos que usam o 802.11b operando em 11-Mbps possam compartilhar a mesma rede com os novos equipamentos operando em 54-Mbps. Isso permitirá a migração sem impacto das redes de 11-Mbps para as redes de 54-Mbps.[20]
D) IEEE 802.11n
O 802.11n promete uma velocidade nominal de 300 megabits e um alcance quase duas vezes maior, um grande avanço sobre as redes 802.11g atuais, que transmitem a apenas 54 megabits. Como diz o ditado, “quando a esmola é muita, santo desconfia”. Este artigo fala sobre as melhorias introduzidas no 802.11n e explica as técnicas usadas para aumentar a taxa de transmissão. [14]
Para atingir taxas de transmissão tão altas, o 802.11n combina uma série de melhorias. A primeira é a redução do guard interval (o intervalo entre as transmissões) de 800 ns para 400 ns, o que resulta em um ganho de cerca de 11% na taxa de transmissão. A ele se soma o aumento no número de subcarriers para a transmissão de dados de 48 para 52, o que resulta em um ganho proporcional na taxa de transmissão. [14]
4.4 Conceito de QoS (Qualidade de Serviço)
O conceito de Qualidade de Serviço serve para mensurar a qualidade dos serviços oferecidos por uma rede de comunicações, ou seja, refletir o quanto ela é capaz de atender às expectativas de seus usuários através dos serviços que oferece. [3]
Stachlewski (2007) define QoS como um conjunto de características quantitativas ou qualitativas, sendo que estas características são chamadas de parâmetros de especificação da QoS. A QoS buscará atender às expectativas do usuário em termos do tempo de resposta e da qualidade, muitas vezes subjetiva, do serviço que está sendo provido, ou seja, fidelidade adequada do som e/ou da imagem sem ruídos nem congelam.
Com o crescimento de aplicações de multimídia (voz, vídeo e dados), tornou-se necessário, além de técnicas de redução de congestionamento, o fornecimento por parte das redes, de parâmetros de desempenho com uma determinada qualidade, que permitirá assim uma comunicação fim-a-fim confiável, ou ainda a inviabilidade de sua utilização [11].
A QoS envolve aspectos relacionados à percepção do usuário, aos requisitos das aplicações e aos recursos disponíveis no sistema, seja no equipamento do usuário ou na rede em si. Tem relação ainda com questões organizacionais e administrativas, como segurança, privacidade, contabilidade, política de preços dos serviços, estabelecimento e monitoração de contratos de serviços e grau de disponibilidade da rede [8]
4.5 QoS no Padrão IEEE 802.11
Existem três principais características em redes com QoS. A primeira é a disponibilidade em que o serviço é oferecido ao usuário, sendo imediatamente disponibilizado ou num tempo aceitável pelo usuário. Depois temos a qualidade em que a informação é recebida pelo usuário com baixa taxa de erros. E por ultimo a entrega consistente, onde o usuário tem garantido uma percepção com uma taxa e uma qualidade consistente. [5]
Os autores citam ainda alguns parâmetros usados para verificar o QoS de uma rede como:
• Taxa de Transmissão: quantidade de dados que podem ser transmitidos por unidade de tempo, normalmente é utilizada como unidade de tempo bits por segundo ou múltiplos dessa unidade.
• Vazão: quantidade de dados transmitidos com sucesso por unidade de tempo, sendo bits por segundo a unidade utilizada.
• Retardo: tempo consumido na transmissão de uma mensagem. Na camada de aplicação, o retardo é a diferença de tempo (fim-a-fim) transcorrida entre a geração do dado no transmissor e a sua apresentação no receptor.
• Variação do retardo (jitter): variação no conjunto de valores de retardo para unidades de dados consecutivas.
• Taxa de erro de bits: razão entre a quantidade de bits recebidos com erro e a quantidade de bits enviados.
• Taxas de erros ou de perdas de pacotes: razão entre a quantidade de pacotes perdidos e a quantidade de pacotes enviados.
4.6 A UniEvangélica
Segundo o histórico disponível no site da Instituição, a Associação Educativa Evangélica foi criada em 1947 por Arthur Wesley Archibald, a instituição passou a se chamar Centro Universitário de Anápolis (UniEvangélica) a partir de março de 2004, quando se credenciou como centro universitário, o primeiro de Goiás. Até então, era denominada Faculdades Integradas da Associação Educativa Evangélica.
A UniEvangélica desenvolve atividades acadêmicas voltadas para a concretização de seus fins: o ensino, a pesquisa e a extensão. Em franca expansão e fortalecimento, a área de Pós-Graduação está com cursos de especialização em diversas áreas e três mestrados. No total a instituição possui aproximadamente vinte cursos de graduação. [15]
A rede da UniEvangélica atende à vários setores e oito blocos da instituição, existindo um setor de T.I responsável pela manutenção e controle dessa rede, com apenas cinco profissionais em média. A rede funciona 24 horas por dia e atende à funcionários, professores e alunos da instituição.
5 METODOLOGIA
As atividades desenvolvidas para realização do projeto foram as seguintes: Estudo sobre redes sem fio; Estudo sobre os padrões existentes; Estudo sobre Qualidade de Serviço; Estudo sobre abordagens para oferecimento de QoS.
Se fará a identificação de tipologias de rede da UniEvangélica e avaliação de interfaces e desenvolvimento de linguagens nos ambientes de rede sem fio.
Diante da falta de informações e de não existir um levantamento da situação atual da rede de computadores da UniEvangélica, será elaborado um questionário para levantamento da infra-estrutura física e lógica das redes locais de computadores.
A pesquisa utilizará as técnicas qualitativas. Os métodos da observação serão utilizados na análise da formação, das reconfigurações, novos usos e impactos da expansão da rede da UniEvangélica.
O método de pesquisa orienta-se por referenciais téoricos adequados às especificidades da QoS e comunicação mediada pela tecnologia de redes sem fio, assim como suas aplicações que serão sugeridas posteriormente à pesquisa teórica e prática.
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] ANGELO, Ludmila Aparecida; BARBOSA,Victor Antônio Mendonça. Redes Wireless – Conceitos, Projetos e Especificações. Goiânia. 2003
[2] CARVALHO, João Antônio. Redes de Computadores – Noções Básicas. Disponível em: http://www.algosobre.com.br/informatica/redes-de-computadores-nocoes-basicas.html
[3] CISCO SYSTEMS. Quality of Service (QoS). Documentations. Disponível em: http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/qos.htm
[4] GARCIA, Luiz Guilherme Uzeda. Redes 802.11 (Camada de Enlace): Redes locais sem fio que atendem ao padrão IEEE 802.11. 2001. Disponível em . Acesso em 21 out. 2009.
[5] HARTMANN, Eduardo André; PACHECO, Edson Luiz. Qualidade de Serviço em Redes Wireless. Santa Catarina. 2005
[6] LIMA, Luciana dos Santos; SOARES, Luiz Fernando Gomes; ENDLER, Markus. WiMAX: Padrão IEEE 802.16 para Banda Larga Sem Fio. Monografias em Ciência da Computação n°29/06. Pontifícia universidade católica do Rio de Janeiro. 2004
[7] MATHIAS, André Pimenta. IEEE 802.11 – Redes Sem Fio. UFRJ, 2000.
[8] NUNES, C.M. e Pellicioli, C.A. Qualidade de Serviço em redes sem fio. 2004
[9] SANTOS, Agenor Junior. Wireless Lan – padrão 802.11. Londrina, 2003
[10] SILVA, Gilson Marques; SOUZA, João Nunes. Uma análise dos mecanismos de segurança de redes locais sem fio e uma proposta de melhoria. Uberlândia, 2003.
[11] STACHLEWSKI, Sony Ribeiro. QoS (Quality of Service). Canoas. 2007
[12] TANENBAUM , Andrew. 1944. Redes de computadores; Tradução: CAMPUS, Vandenberg de Souza. São Paulo, Brasil. 2003. 945 p
[13]FAGUNDES, Eduardo Mayer. Fundamentos do Wirelass Lan. 2009 Disponível em http:// www.efagundes.com/Artigos/Wireless_LAN.htm. Acesso em: 23/11/09
[14]MORIMOTO, Carlos E. Redes Wireless: Entendendo o 802.11. 2007. Disponível em: http://www.guiadohardware.net/artigos/802-11n. Acesso em 23/11/09
[15] MARTINELLI, Tiago Cação. Qualidade de Serviço em rede sem fio. Guaíba: ULBRA. 2005.